JP6630035B2 - 磁気トンネル接合素子及び磁気ランダムアクセスメモリ - Google Patents
磁気トンネル接合素子及び磁気ランダムアクセスメモリ Download PDFInfo
- Publication number
- JP6630035B2 JP6630035B2 JP2014190294A JP2014190294A JP6630035B2 JP 6630035 B2 JP6630035 B2 JP 6630035B2 JP 2014190294 A JP2014190294 A JP 2014190294A JP 2014190294 A JP2014190294 A JP 2014190294A JP 6630035 B2 JP6630035 B2 JP 6630035B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- layer
- tunnel junction
- ferromagnetic
- magnetic
- mtj element
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
- 230000005291 magnetic effect Effects 0.000 title claims description 96
- 230000005294 ferromagnetic effect Effects 0.000 claims description 93
- 230000005415 magnetization Effects 0.000 claims description 82
- 239000012212 insulator Substances 0.000 claims description 55
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims description 37
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims description 37
- 125000006850 spacer group Chemical group 0.000 claims description 37
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 claims description 13
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 10
- 238000002347 injection Methods 0.000 claims description 6
- 239000007924 injection Substances 0.000 claims description 6
- 229910018072 Al 2 O 3 Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 262
- 230000005298 paramagnetic effect Effects 0.000 description 24
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 13
- 239000000463 material Substances 0.000 description 12
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 11
- 230000008878 coupling Effects 0.000 description 9
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 description 9
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 description 9
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 9
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 6
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 6
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 6
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 6
- 230000005610 quantum mechanics Effects 0.000 description 5
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 5
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 5
- 238000004613 tight binding model Methods 0.000 description 4
- 229910019236 CoFeB Inorganic materials 0.000 description 3
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 description 3
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 3
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 3
- 230000006870 function Effects 0.000 description 3
- 230000014509 gene expression Effects 0.000 description 3
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 description 3
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 description 3
- 230000008569 process Effects 0.000 description 3
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 2
- 239000003302 ferromagnetic material Substances 0.000 description 2
- 230000005428 wave function Effects 0.000 description 2
- 229910016570 AlCu Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910003321 CoFe Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910015187 FePd Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910005335 FePt Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910000807 Ga alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000005290 antiferromagnetic effect Effects 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 239000002772 conduction electron Substances 0.000 description 1
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000013016 damping Methods 0.000 description 1
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 230000036039 immunity Effects 0.000 description 1
- CPLXHLVBOLITMK-UHFFFAOYSA-N magnesium oxide Inorganic materials [Mg]=O CPLXHLVBOLITMK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000001590 oxidative effect Effects 0.000 description 1
- 229910052763 palladium Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000005408 paramagnetism Effects 0.000 description 1
- 229910052697 platinum Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052703 rhodium Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052707 ruthenium Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052709 silver Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002356 single layer Substances 0.000 description 1
- 229910052596 spinel Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011029 spinel Substances 0.000 description 1
Images
Landscapes
- Mram Or Spin Memory Techniques (AREA)
- Thin Magnetic Films (AREA)
- Hall/Mr Elements (AREA)
Description
磁化方向が可変な記憶層と、
所定の磁化方向を維持する固定層と、
前記記憶層と前記固定層との間に設けられたスペーサ層と、を含み、スピントルク注入方式を用いて書き込みを行う磁気トンネル接合素子であって、
前記記憶層及び前記固定層の少なくとも一方が、強磁性絶縁層を含み、
前記スペーサ層は、前記記憶層と前記固定層とを電気的に接続する電流経路部と、前記記憶層と前記固定層とを電気的に絶縁する絶縁部とを含む。
図1〜図3を参照して、実施の形態1にかかるMTJ素子について説明する。図1は、実施の形態1にかかるMRAMの要部の断面図である。図2は、実施の形態1にかかるMTJ素子の断面図である。図3は、実施の形態1にかかるMTJ素子の要部の断面図である。
次に、図9及び図10を用いて、参考例1にかかるMRAMについての計算結果について説明する。図9に示すように、MTJ素子80は、MTJ素子10(図2参照)とスペーサ層を除いて共通の構成を有する。MTJ素子80は、スペーサ層82を有し、スペーサ層82は、常磁性絶縁体からなる。MTJ素子80は、MTJ素子10と同様にメモリセル100(図1参照。)に組み込まれることにより、MRAMの構成要素として用いられる。
t[J]:電子の飛び移り積分
κσ[1/m]:強磁性絶縁体(FM)におけるσスピン電子の波動関数の減衰率
N[m]:常磁性絶縁体(NI)の膜厚
M[m]:強磁性絶縁体(FI)の膜厚
κ0[1/m]:常磁性絶縁体(NI)における電子の波動関数の減衰率
Dσ’[1/J]:強磁性金属(FM)におけるσ’スピン電子の電子状態密度
D0[1/J]:常磁性金属(NM)における電子状態密度
次に、図11及び図12を用いて、参考例2にかかるMRAMについての計算結果について説明する。図11に示すように、MTJ素子90は、MTJ素子10(図2参照)とスペーサ層及び固定層を除いて共通の構成を有する。MTJ素子90は、スペーサ層92と固定層93とを含む。スペーサ層92は、常磁性金属からなり、固定層93は、強磁性絶縁体からなる。MTJ素子90は、MTJ素子10と同様にメモリセル100(図1参照。)に組み込まれることにより、MRAMの構成要素として用いられる。
h=2nm
D=20nm
Ms=600×103A/m(=600emu/cm3)
A=1×10−11J/m(=1μerg/cm)
a=0.01
Ku:熱安定性Δにより決定
V[m3]:第1の強磁性絶縁体(FI1)の体積
kb[J/K]:ボルツマン定数
T[K]:第1の強磁性絶縁体(FI1)の温度
次に、図6を参照して、実施の形態2にかかるMTJ素子について説明する。図6は、実施の形態2にかかるMTJ素子の断面図である。実施の形態2にかかるMTJ素子210は、実施の形態1にかかるMTJ素子10(図2参照。)と比較して、記憶層及び固定層を入れ替えた構成を有する。共通する構成については説明を省略し、異なる構成について説明する。
また、固定層23では、その伝導帯において磁気分裂が生じ、伝導電子のスピンの向きによってトンネル確率が異なる。このため固定層23の磁化と平行な(あるいは反平行な)スピンを持つ電子がより多く固定層23を通り抜けるスピンフィルタ効果が生じる。スピンフィルタ効果のスピン分極率は,固定層23の膜の厚みを変えることにより変更することができる。
次に、図7を参照して、実施の形態3にかかるMTJ素子について説明する。図7は、実施の形態3にかかるMTJ素子の断面図である。実施の形態3にかかるMTJ素子は、実施の形態2にかかるMTJ素子210(図6参照。)と比較して、固定層を除いて、共通する構成を有する。共通する構成については説明を省略し、異なる構成について説明する。
次に、図8を参照して、実施の形態4にかかるMTJ素子について説明する。図8は、実施の形態4にかかるMTJ素子の断面図である。実施の形態4にかかるMTJ素子は、実施の形態1にかかるMTJ素子10(図2参照。)と比較して、固定層を除いて、共通する構成を有する。共通する構成については説明を省略し、異なる構成について説明する。
2 半導体基板
3、4 拡散領域
5、7 コンタクトプラグ
6 ソース線
8 ワード線
9 ゲート絶縁膜
10、210、310、410 MTJ素子
11、21 記憶層
12 スペーサ層
12a 電流経路部
12b マトリックス
13、23、33 固定層
100 メモリセル
331 強磁性層
332 磁気結合制御層
333 垂直磁化保持層
Claims (12)
- 磁化方向が可変な記憶層と、
所定の磁化方向を維持する固定層と、
前記記憶層と前記固定層との間に設けられたスペーサ層と、を含み、スピントルク注入方式を用いて書き込みを行う磁気トンネル接合素子であって、
前記記憶層及び前記固定層の少なくとも一方が、強磁性絶縁層を含み、
前記スペーサ層は、前記記憶層と前記固定層とを電気的に接続する電流経路部と、前記記憶層と前記固定層とを電気的に絶縁する絶縁部とを含む磁気トンネル接合素子。 - 前記記憶層が前記強磁性絶縁層からなり、
前記強磁性絶縁層は、垂直磁気異方性を有することを特徴とする請求項1に記載される磁気トンネル接合素子。 - 前記記憶層は、
前記強磁性絶縁層と、
膜面に垂直な磁化方向を有する垂直磁化保持層と、を含むことを特徴とする請求項1に記載される磁気トンネル接合素子。 - 前記固定層が前記強磁性絶縁層からなり、
前記強磁性絶縁層は、垂直磁気異方性を有することを特徴とする請求項1〜3のいずれか1つに記載される磁気トンネル接合素子。 - 前記固定層は、
前記強磁性絶縁層と、
膜面に垂直な磁化方向を有する垂直磁化保持層と、を含むことを特徴とする請求項1〜3のいずれか1つに記載される磁気トンネル接合素子。 - 前記強磁性絶縁層は強磁性酸化物からなることを特徴とする請求項1〜5のいずれか1つに記載される磁気トンネル接合素子。
- 前記強磁性酸化物は、BaFe12O19、又は、CoXFe3−XO4であり、Xが0<X<3を満たすことを特徴とする請求項6に記載される磁気トンネル接合素子。
- 前記電流経路部は、非磁性金属からなる複数本の柱状体であり、
前記絶縁部は、前記電流経路部のそれぞれを囲むマトリックスであり、
前記マトリックスは、非磁性絶縁体からなることを特徴とする請求項1〜7のいずれか1つに記載される磁気トンネル接合素子。 - 前記非磁性絶縁体は、MgO又はAl2O3であることを特徴とする請求項8に記載される磁気トンネル接合素子。
- 前記非磁性金属はCuであることを特徴とする請求項8に記載される磁気トンネル接合素子。
- 素子抵抗値が30Ωμm2以下であることを特徴とする請求項1〜10のいずれか1つに記載される磁気トンネル接合素子。
- 請求項1〜11のいずれか1つに記載される磁気トンネル接合素子を備えた磁気ランダムアクセスメモリ。
Priority Applications (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2014190294A JP6630035B2 (ja) | 2014-09-18 | 2014-09-18 | 磁気トンネル接合素子及び磁気ランダムアクセスメモリ |
KR1020150114744A KR20160033590A (ko) | 2014-09-18 | 2015-08-13 | 자기 터널 접합 소자 및 자기 랜덤 엑세스 메모리 |
US14/857,201 US20160087194A1 (en) | 2014-09-18 | 2015-09-17 | Magnetic tunnel junction device and magnetoresistive random access memory |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2014190294A JP6630035B2 (ja) | 2014-09-18 | 2014-09-18 | 磁気トンネル接合素子及び磁気ランダムアクセスメモリ |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2016063087A JP2016063087A (ja) | 2016-04-25 |
JP6630035B2 true JP6630035B2 (ja) | 2020-01-15 |
Family
ID=55798194
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2014190294A Expired - Fee Related JP6630035B2 (ja) | 2014-09-18 | 2014-09-18 | 磁気トンネル接合素子及び磁気ランダムアクセスメモリ |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP6630035B2 (ja) |
Families Citing this family (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2018129105A (ja) | 2017-02-07 | 2018-08-16 | 三星電子株式会社Samsung Electronics Co.,Ltd. | 磁気抵抗メモリ装置 |
JP2019096815A (ja) | 2017-11-27 | 2019-06-20 | 株式会社サムスン日本研究所 | 磁気トンネル接合素子及び磁気抵抗メモリ装置 |
JP2020072239A (ja) | 2018-11-02 | 2020-05-07 | 三星電子株式会社Samsung Electronics Co.,Ltd. | 磁気トンネル接合素子及び磁気抵抗メモリ装置 |
US12004355B2 (en) | 2020-10-23 | 2024-06-04 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Magnetic tunnel junction element and magnetoresistive memory device |
Family Cites Families (12)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2002076474A (ja) * | 2000-06-05 | 2002-03-15 | Read Rite Corp | 自由層と境界を接する超薄酸化物を有する鏡面巨大磁気抵抗ヘッド |
JP4371781B2 (ja) * | 2002-11-26 | 2009-11-25 | 株式会社東芝 | 磁気セル及び磁気メモリ |
JP2005294376A (ja) * | 2004-03-31 | 2005-10-20 | Toshiba Corp | 磁気記録素子及び磁気メモリ |
JP2006013430A (ja) * | 2004-05-28 | 2006-01-12 | Fujitsu Ltd | 磁気抵抗効果素子、磁気ヘッド、磁気記憶装置 |
JP2007095765A (ja) * | 2005-09-27 | 2007-04-12 | Fuji Electric Holdings Co Ltd | 多値記録スピン注入磁化反転素子およびこれを用いた装置 |
JP2008010590A (ja) * | 2006-06-28 | 2008-01-17 | Toshiba Corp | 磁気抵抗素子及び磁気メモリ |
JP2009105285A (ja) * | 2007-10-24 | 2009-05-14 | Tdk Corp | スピンフィルタ効果素子及びスピントランジスタ |
FR2929041B1 (fr) * | 2008-03-18 | 2012-11-30 | Crocus Technology | Element magnetique a ecriture assistee thermiquement |
JP5118766B2 (ja) * | 2011-08-24 | 2013-01-16 | 株式会社東芝 | 磁気抵抗効果素子、磁気抵抗効果ヘッド、磁気記憶装置、および磁気メモリ |
JP2013115413A (ja) * | 2011-12-01 | 2013-06-10 | Sony Corp | 記憶素子、記憶装置 |
JP5653379B2 (ja) * | 2012-03-23 | 2015-01-14 | 株式会社東芝 | 磁気記憶素子、磁気メモリ及び磁気記憶装置 |
US8786039B2 (en) * | 2012-12-20 | 2014-07-22 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Method and system for providing magnetic junctions having engineered perpendicular magnetic anisotropy |
-
2014
- 2014-09-18 JP JP2014190294A patent/JP6630035B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2016063087A (ja) | 2016-04-25 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
KR101683440B1 (ko) | 자기 메모리 소자 | |
US9715915B2 (en) | Magneto-resistive devices including a free layer having different magnetic properties during operations | |
JP5867030B2 (ja) | 記憶素子、記憶装置 | |
US10439133B2 (en) | Method and system for providing a magnetic junction having a low damping hybrid free layer | |
TWI530945B (zh) | Memory elements and memory devices | |
US9818932B2 (en) | Storage element, storage device, and magnetic head | |
CN106953005B (zh) | 磁性元件和存储装置 | |
JP2009239282A (ja) | 多重レベル磁気記憶装置 | |
KR101983855B1 (ko) | 기억 소자, 기억 장치 | |
JP5987613B2 (ja) | 記憶素子、記憶装置、磁気ヘッド | |
JP2012235015A (ja) | 記憶素子及び記憶装置 | |
JP2012510731A (ja) | 二重スピントルク基準層を有する磁気ランダムアクセスメモリ | |
JP7169683B2 (ja) | 磁気抵抗効果素子及び磁気メモリ | |
KR20160134598A (ko) | 자기 메모리 소자 | |
WO2014050379A1 (ja) | 記憶素子、記憶装置、磁気ヘッド | |
WO2013080436A1 (ja) | 記憶素子、記憶装置 | |
JP6553857B2 (ja) | 磁気トンネル接合素子及び磁気ランダムアクセスメモリ | |
JP2012146726A (ja) | 記憶素子及び記憶装置 | |
JP6483403B2 (ja) | 磁気抵抗素子、及びstt−mram | |
JP6630035B2 (ja) | 磁気トンネル接合素子及び磁気ランダムアクセスメモリ | |
JP6346047B2 (ja) | 磁気トンネル接合素子及び磁気ランダムアクセスメモリ | |
TW201222546A (en) | Memory element and memory device | |
US20160087194A1 (en) | Magnetic tunnel junction device and magnetoresistive random access memory | |
JP2007027197A (ja) | 記憶素子 | |
JP2007027196A (ja) | 記憶素子 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A711 | Notification of change in applicant |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A711 Effective date: 20170623 |
|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20170626 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A821 Effective date: 20170626 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20180605 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20180703 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20181113 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20190730 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20191203 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20191206 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 6630035 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |